毛细管平面辐射空调系统

无噪声
风机盘管噪声:
FP-5，39dB(A)； FP-10，46dB(A)
毛细管：室内没有吹风感，无风机噪声， 在国外，称为“静音制冷系统”

布置灵活
毛细管可以敷设在天花板上，也可以敷设
在墙面上，还可以辐射在地面上
为了灯具、烟感报警等设备的安装，可以
将毛细管在铺设时，方便地拉开

冷源多样化
夏季，由于毛细管供水温度较高，可实现
（ 2）
0.0014M (34 ta ) 3.96 108 f cl [(tcl 273) 4 (tr 273) 4 ] f cl hc (tcl ta )}
PMV 热感觉标尺
热 热 感 觉 PMV 3 暖 微暖 适中 微凉 凉 冷
2
1
0
-1
-2
-3

预期不满意百分率PPD指标表达式为：
毛细管外经3.5-5mm,壁厚0.9mm.
毛细管平面空调系统示意图 （1.金属面板；2.石膏板；3.矿 毛绝缘纤维；4.毛细管网栅；5. 接头）
毛细管空调系统的组成: 热交换器 带循环泵的分配器 温控调节器 毛细管网
设计参数: 一般夏季供/回水温度为18/20℃, 冬季供/回水温度为30/28℃ 以水或其它介质传递热量,以辐射 方式调节室温.
一种新型节能空调系统 ----毛细管平面辐射空调系统
李永安
山东建筑大学
主要内容：
一． 毛细管辐射空调原理
二．特 点 三．结露问题分析 四．辐射顶板的传热数学模型 五．热舒适性研究 六．数值模拟及结果分析 七．实验研究 八．结论
一、毛细管辐射空调原理
毛细管网模拟自然界中植物叶脉和人 体皮肤下的毛细血管机制.
r ik
2 m —为维护结构表面和之间的辐射换热系数W/( ℃)
热舒适性研究
3.计算结果分析

(1)计算参数的确定： M取值为58.15W/m2（相对静坐）；人体机械效率取值为0； 服装的基本热阻：夏季 0.5clo、冬季1.0clo； 室内风速的取值：夏季0.2m/s，冬季0.1m/s； 平均辐射温度：用围护结构内表面积加权平均值来计算 。
全热回收装置 湿度传感器 回风 毛细管格栅 新风处理装置
D
新风
风机 新风
排风
温度传感器 夏季20度 冬季28度 地板送风口
夏季18度 冬季32度
电动阀 分水器
水泵
集水器
冷、热源
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二、特 点

美国能源部(DOE)推荐的15项空调节能技 术



毛细管系统名列榜首 新风全热交换器 空调系统诊断技术 变冷媒流量空调系统 空调模糊控制系统 高温相变蓄冷技术
山东省科技攻关计划:2005GG3208010 住宅建筑的生态化与节能关键技术研究与 示范 山东省科技攻关计划: 2008GG30006005 毛细管平面辐射空调关键技术的研究与示 范 ■ 山东省自然科学基金：ZR2011EEM030 毛细管平面辐射空调系统机理研究

特 点

节能
实现建筑用能的“品位对应,温度对口,梯 级利用” 夏季，冷冻水供水温度由原来的7 ℃ ，提 高到18 ℃左右 冷水机组的COP则有原来的 5提高到10左 右
16.3940
9.5927
5.8204
5.0974
点温度，否则，吊顶表面就要结露
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三、结露问题分析
凝露的形成是一个极其缓慢的过程，随着现在自动控制技术
的发展和辐射供冷研究的不断改善，凝露问题不应该成为阻碍冷
却顶板的推广发展的障碍。 可采取的控制措施有： 在辐射板表面贴附敏感元件监测辐射表面温度，来控制进水 温度。
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四 、辐射顶板的传热数学模型
50
-1.8725 -1.4786
60
-1.8247 -1.4547
65 -1.8009
注：上行为毛细管平面辐射空调房间的PMV值，下行为传统空调房间的PMV值
热舒适性研究
冬季工况下两种空调房间的PPD计算值
室内空气温度（℃） 相对湿度 （%） 16 57.5415 30 75.3002 54.9402 40 73.0383 52.3360 50 70.6981 49.7391 60 56.5412 36.3592 42.3745 24.1187 29.8682 13.9333 19.4621 7.5855 11.7360 5.1791 6.9105 5.4706 5.0369 8.8741 6.0215 14.9485 59.3083 38.9133 45.2402 26.3560 32.5340 15.6046 21.7014 8.5726 13.3967 5.5193 7.8919 5.1365 5.2792 7.6538 5.4267 12.7915 62.0459 41.5301 48.1446 28.7086 35.3110 17.4199 24.0986 9.7218 15.2428 6.0382 9.0813 5.0028 5.7485 6.6659 5.0875 10.8989 17 44.2053 18 31.1665 19 19.3742 20 11.0318 21 6.7363 22 5.0694 23 5.9086 24 9.2730
多种冷源形式供冷：高温冷水机组、地下水、
冷却塔直供等

占用建筑空间少
由于毛细管直径小，所以，对建筑层高影
响小
毛细管系统十分薄，可以完全与房间围护
结构表面形成一体

保护环境
毛细管格栅材料(聚丙烯)可以100%回收再 循环利用
毛细管内的介质是水，没有任何污染

表面温度要求高
冷却吊顶的表面温度要高于室内空气的露
热舒适性研究
(2)冬季工况下平均辐射温度对热舒适性的影响
0.0 -0.3 -0.6 -0.9
PMV
0.0 -0.3 -0.6
tr=24℃
ta=23℃
-1.2 -1.5 -1.8 -2.1 18 19 20 21
ta=20℃
PMV
ta=22℃ ta=24℃ ta=19℃ ta=18℃
ta=21℃
tr=23℃
热舒适性研究
(3)毛细管平面辐射空调房间计算温度探讨
①冬季工况下毛细管平面辐射空调与传统空调房间的热舒适 性比较
1.0 0.5 0.0
PMV
毛细管空调房间 传统空调房间
70 60 50
PPD
毛细管空调房间 传统空调房间
-0.5 -1.0 -1.5 -2.0 16 17 18 19 20 21 22 23 24
68.2889
48.4467 65
53.7686
35.1058
39.5709
23.0431
27.3134
13.1545
17.3775
7.1530
10.2609
5.0753
6.1333
5.7134
5.0207
9.5710
6.8752
16.1298
67.0667
52.3795
38.1890
26.0818
热舒适性研究

房间各表面热平衡方程的通式为：
r qi i ta ti ik tk ti qir 0 k 1 8
（ 4）
式中：q i —窗与外墙的单位面积导热量，J/m2； i —第表面的对流换热系数；ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt a —室内空气的平均温度，℃； 、 ti 、t k —分别为第i和第k维护结构内表面温度，℃； qir —内热源单位散热量, J/m2 ；
-0.9 -1.2 -1.5 -1.8 -2.1
tr=22℃
tr=21℃
tr=20℃
tr=19℃ tr=18℃
22
23
24
18
19
20
21
22
23
24
平均辐射温度（℃）
空气温度（℃）
平均辐射温度对舒适性的影响

空气温度对舒适性的影响
平均辐射温度每升高1℃，PMV值升高约0.190；而空气温度每 升高1℃，PMV值升高约0.111。
本课题组研究表明，在舒适度相同的
条件下，毛细管平面辐射空调房间 室内计算温度比传统空调房间在冬 季（夏季）供暖（冷）时低（高） 1.6℃左右

舒适度高
世界卫生组织定义：高舒适度标准：温差小 于10 ℃ 传统风口送风：是点热（冷）源与室内空气 换热 毛细管：面热（冷）源与室内空气换热，温 度场均匀，垂直温度梯度小 辐射换热舒适程度大于对流换热


0.0173M 5.867 Pa 0.0014 M 34 ta
热舒适性研究
（2）PMV—PPD指标


该指标综合考虑了人体活动程度、衣着热阻(衣着情况)、空气温度、 平均辐射温度、气流速度和空气湿度等六个因素 。 预测平均评价指标PMV表达式为：
PMV 0.303exp 0.036M 0.0275 {M W 3.05[5.733 0.007( M W ) Pa ] 0.42( M W 58.2) 0.0173M (5.867 Pa )

传热数学模型的假定、 简化
联立上述方程，编写MATLAB计算程序，进行求解。由于辐射板表面平

通过上面计算模型可见：影响冷却顶板 性能的因素有冷水供回水温度、水流速 度、管内外径、管道材料、粘结剂导热 系数、顶板材料、板厚、管间距。

无论其它结构参数如何变化，冷水供回 水温度的降低，都将成倍提高冷却顶板 的冷却性能。这是因为使冷却顶板表面 平均温度降低，增加换热量所致。但是 冷媒入口温度由于结露问题的限制，不 能无限减低，一般要比室内露点温度要 高（一般在16℃以上）。
4 2 PPD 100 95exp 0.03353 PMV 0.2179 PMV
PPD表示对热环境不满意的百分数
热舒适性研究
2.毛细管辐射空调房间热平衡数学模型
6 1 3 5 7 4 8 2
毛细管平面辐射空调房间示意图 （1—辐射平面；2—外墙；3、4、5—内墙； 6—外窗；7—地板；8—门）
40 30 20 10 0
16
17
18
19
20
21
22
23
24
室内空气温度（℃）
室内空气温度（℃）
冬季工况下两种空调房间的 PMV曲线图
冬季工况下两种空调房间的 PPD曲线图
热舒适性研究
冬季工况下两种空调房间的PMV计算值
室内空气温度（℃） 相对湿度 （%） 16 -1.6220 30 -1.9681 -1.5742 40 -1.9203 -1.5264 -1.7055 -1.3244 -1.6546 -1.2735 -1.6036 -1.2226 -1.5527 -1.1971 -1.5272 -1.4491 -1.0599 -1.3949 -1.0056 -1.3406 -0.9514 -1.2864 -0.9243 -1.2592 -1.2013 -0.7678 -1.1435 -0.7100 -1.0858 -0.6522 -1.0280 -0.6234 -0.9991 -0.9509 -0.4755 -0.8894 -0.4140 -0.8280 -0.3525 -0.7665 -0.3218 0.5310 -0.6979 -0.2237 -0.6325 -0.1583 -0.5671 -0.0930 -0.5017 -0.0603 -0.4690 -0.4423 0.0116 -0.3727 0.0812 -0.3032 0.1507 -0.2337 0.1855 -0.1989 -0.1900 0.2832 -0.1161 0.3571 -0.0422 0.4310 0.0316 0.4679 0.0686 0.0650 0.5310 0.1435 0.6095 0.2219 0.6879 0.3004 0.7272 0.3396 17 -1.3754 18 -1.1142 19 -0.8255 20 -0.5369 21 -0.2891 22 -0.0579 23 0.2093 24 0.4525

冷水水流速度的增加可以使管内对流换 热系数增大，从而提高冷却能力。但是 同时泵的能耗也随之增大，以及带来噪 音，因此水流速度不宜过大。
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五、热舒适性研究
1.热舒适性的评价方法
（1）热舒适方程
4 4 8 M W f h t t 3.96 10 f t 273 t 273 cl c cl a cl cl r （1） 3.05 5.733 0.007 M W Pa 0.42 M W 58.2